Оптоэлектрон технологиянең тиз үсеше белән ярымүткәргеч лазерлар элемтә, медицина җиһазлары, лазер белән эшләү, сәнәгать эшкәртү һәм кулланучы электроникасы кебек өлкәләрдә киң кулланыла башлады. Бу технологиянең нигезендә PN тоташуы ята, ул яктылык чыгару чыганагы буларак кына түгел, ә җайланманың эшләве өчен нигез булып та мөһим роль уйный. Бу мәкалә ярымүткәргеч лазерларда PN тоташуының структурасы, принциплары һәм төп функцияләре турында ачык һәм кыскача күзәтү бирә.
1. PN тоташуы нәрсә ул?
PN тоташуы - P-тип ярымүткәргеч һәм N-тип ярымүткәргеч арасында барлыкка килгән интерфейс:
P-типтагы ярымүткәргеч бор (B) кебек акцептор катнашмалары белән легирланган, шуның аркасында тишекләр күпчелек заряд ташучылар булып тора.
N-типтагы ярымүткәргеч фосфор (P) кебек донор катнашмалары белән легирланган, шуның белән электроннар күпчелек йөртүчеләр булып тора.
P-тип һәм N-тип материаллар бәйләнешкә кергәндә, N-өлкәсеннән электроннар P-өлкәсенә, ә P-өлкәсеннән тишекләр N-өлкәсенә диффузияләнә. Бу диффузия электроннар һәм тишекләр рекомбинацияләнә торган, зарядлы ионнар калдыра торган, эчке электр кыры барлыкка китерә торган, ул кертелгән потенциал барьер дип атала.
2. Лазерларда PN тоташуының роле
(1) Йөк ташучы инъекция
Лазер эшләгәндә, PN тоташуы алга таба юнәлтелгән: P-өлкәсе уңай көчәнешкә, ә N-өлкәсе тискәре көчәнешкә тоташтырылган. Бу эчке электр кырын юкка чыгара, электроннар һәм тишекләр тоташкан ноктадагы актив өлкәгә кертелә, анда алар рекомбинацияләнергә мөмкин.
(2) Яктылык чыгару: Стимуллаштырылган чыгаруның килеп чыгышы
Актив өлкәдә инъекцияләнгән электроннар һәм тишекләр рекомбинацияләнә һәм фотоннарны чыгара. Башта бу процесс үзеннән-үзе чыгару була, ләкин фотон тыгызлыгы арткан саен, фотоннар электрон-тишек рекомбинациясен алга таба стимуллаштыра ала, шул ук фаза, юнәлеш һәм энергия белән өстәмә фотоннар чыгара - бу стимуллаштырылган чыгару.
Бу процесс лазерның (стимуллаштырылган нурланыш чыгару аша яктылыкны көчәйтү) нигезен тәшкил итә.
(3) Лазер чыгышы формасындагы көчәйтү һәм резонанслы куышлыклар
Стимуллаштырылган нурланышны көчәйтү өчен, ярымүткәргеч лазерлар PN тоташуының ике ягында да резонанслы куышлыклар урнаштыра. Мәсәлән, кырый нурланышлы лазерларда моңа яктылыкны кире һәм кире чагылдыру өчен Таратылган Брэгг Рефлекторлары (DBR) яки көзге каплаулары ярдәмендә ирешергә мөмкин. Бу җайланма яктылыкның билгеле бер дулкын озынлыкларын көчәйтергә мөмкинлек бирә, нәтиҗәдә югары когерент һәм юнәлешле лазер чыгышы барлыкка килә.
3. PN тоташу конструкцияләре һәм проектлауны оптимальләштерү
Ярымүткәргеч лазер төренә карап, PN структурасы төрлечә булырга мөмкин:
Бер гетероөтеш (SH):
P-өлкәсе, N-өлкәсе һәм актив өлкә бер үк материалдан ясалган. Рекомбинация өлкәсе киңрәк һәм эффективлыгы түбәнрәк.
Икеләтә гетероузыш (DH):
P- һәм N-өлкәләре арасында таррак зона арасы актив катлам урнашкан. Бу ташучыларны да, фотоннарны да чикли, нәтиҗәдә нәтиҗәлелек сизелерлек арта.
Квант коесы структурасы:
Квант чикләү эффектларын булдыру өчен ультра-нечкә актив катлам куллана, бусага характеристикаларын һәм модуляция тизлеген яхшырта.
Бу структуралар барысы да PN тоташу өлкәсендә ташучыларны инъекцияләү, рекомбинацияләү һәм яктылык чыгару нәтиҗәлелеген арттыру өчен эшләнгән.
4. Йомгаклау
PN тоташуы, чыннан да, ярымүткәргеч лазерның "йөрәге". Аның алга таба тайпылыш астында йөртүчеләрне кертү сәләте лазер генерациясенең төп триггеры булып тора. Конструкция проектыннан һәм материал сайлаудан алып фотон белән идарә итүгә кадәр, лазер җайланмасының бөтен эшчәнлеге PN тоташуын оптимальләштерү тирәсендә әйләнә.
Оптоэлектрон технологияләр алга китешен дәвам иткән саен, PN тоташу физикасын тирәнтен аңлау лазер эшчәнлеген яхшыртып кына калмый, ә югары куәтле, югары тизлекле һәм арзанлы ярымүткәргеч лазерларның киләсе буыны өчен ныклы нигез дә сала.
Бастырылган вакыты: 2025 елның 28 мае